歷史發(fā)展
全球定位系統(tǒng)（GPS）是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。
系統(tǒng)組成
GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分——GPS星座；地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分——GPS 信號(hào)接收機(jī)。
GPS定位技術(shù)具有高精度、高效率和低成本的優(yōu)點(diǎn)，使其在各類大地測(cè)量控制網(wǎng)的加強(qiáng)改造和建立以及在公路工程測(cè)量和大型構(gòu)造物的變形測(cè)量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。
傳播系統(tǒng)
GPS系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成。其中，工作衛(wèi)星21顆，備用衛(wèi)星3顆，平均分布在6個(gè)軌道上，每個(gè)軌道4顆衛(wèi)星，在半徑26560千米的近圓形軌道上運(yùn)行，運(yùn)行周期11小時(shí)58分鐘。空間衛(wèi)星系統(tǒng)保證地面上任何地點(diǎn)，任何時(shí)間都可以觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，并接受到衛(wèi)星攜帶的無(wú)線電發(fā)射機(jī)連續(xù)播放的GPS導(dǎo)航信號(hào)。
空間部分
GPS的空間部分是由24 顆工作衛(wèi)星組成，它位于距地表20 200km的上空，均勻分布在6 個(gè)軌道面上（每個(gè)軌道面4 顆），軌道傾角為55°。此外，還有4 顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4 顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?br />
GPS 衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼，一組稱為C/ A 碼（ Coarse/ Acquisition Code11023MHz） ；一組稱為P 碼（Procise Code 10123MHz），P 碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美國(guó)軍方管制，并設(shè)有密碼，一般民間無(wú)法解讀，主要為美國(guó)軍方服務(wù)。C/ A 碼人為采取措施而刻意降低精度后，主要開(kāi)放給民間使用。
地面部分
地面控制部分由一個(gè)主控站，5 個(gè)全球監(jiān)測(cè)站和3 個(gè)地面控制站組成。監(jiān)測(cè)站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測(cè)量到所有可見(jiàn)衛(wèi)星的接受機(jī)。監(jiān)測(cè)站將取得的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括電離層和氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)初步處理后，傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測(cè)站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送到3 個(gè)地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)，把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對(duì)每顆GPS 衛(wèi)星每天一次，并在衛(wèi)星離開(kāi)注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障，那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時(shí)間，但導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。
設(shè)備部分
用戶設(shè)備部分即GPS 信號(hào)接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后，即可測(cè)量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。
接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設(shè)備。GPS 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外電源時(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電源時(shí)機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲(chǔ)器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。各種類型的接收機(jī)體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，便于野外觀測(cè)使用。
